Universität Stuttgart
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Item Open Access Entwicklung einer Methode zur kontinuierlichen Bauteilüberwachung von Faserverbundwerkstoffen mittels piezoelektrischer Mehrlagengewebe(2022) Hofmann, Paul; Gresser, Götz T. (Prof. Dr.-Ing.)Eine Form der Beschädigung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) ist die Delamination. Diese Beschädigung ist durch konventionelle, visuelle Prüfung oft nicht zu erkennen. Methoden, wie das zyklische Austauschen der Bauteile oder regelmäßige Inspektionen, sind zeitaufwendig und vor allem teuer. Daher soll in Zukunft Sensorik direkt in solche Bauteile integriert werden, um die Beanspruchung oder den Zustand der Bauteile kontinuierlich im Betrieb zu überwachen (Condition Monitoring bzw. Structural Health Monitoring). Herkömmliche, elektronische Sensorbauteile, integriert in einem FKV, stellen allerdings einen Fremdkörper in der textilen Verstärkungsstruktur dar und bilden daher eine mechanische Schwachstelle. Gleichzeitig gewinnen dreidimensionale Mehrlagengewebe als textile Verstärkung im FKV aus mechanischen, aber auch wirtschaftlichen Gründen immer mehr an Bedeutung. Diese Arbeit beschreibt daher die Entwicklung und Charakterisierung einer piezoelektrischen Biegesensorik auf Mehrlagengewebebasis als Teil der gewebten Verstärkungsstruktur von FKV. Weil die Verstärkungsstruktur an sich als Sensor fungiert, entstehen durch diese Sensorik keine negativen Einflüsse auf die mechanischen Bauteileigenschaften durch Fehlstellen in der textilen Grundstruktur. Durch grundlegende Analysen zu Sensorprinzip und Sensoraufbau wird eine Methode entwickelt, wie textile Mehrlagenstrukturen partiell sensorisch ausgerüstet werden können. Die piezoelektrische Gewebestruktur wird auf eine möglichst gute sensorische Charakteristik bei möglichst geringem Einfluss auf die mechanischen Bauteileigenschaften hin entwickelt und optimiert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dann an verschiedenen Mehrlagengewebestrukturen umgesetzt, analysiert und verifiziert. Abschließend werden die Sensorsignale der gewebten Piezoelemente an einem mechanischen Berechnungsmodell validiert: Vom Signal der sensorischen Gewebestruktur kann direkt auf die Bauteilbeanspruchung geschlossen werden. Durch die entwickelte textile Sensortechnologie wird eine kontinuierliche Überwachung von dynamisch belasteten Bauteilen während des Betriebs ermöglicht. So können bspw. künftig mit Hilfe der Sensorik aus einer piezoelektrischen Mehrlagengewebestruktur eine mögliche Überlast während des Betriebs erkannt, eventuelle Beschädigungen vermieden bzw. detektiert und damit Wartungs-, Reparatur- und Stillstandkosten erheblich reduziert werden.Item Open Access Analyse der Faservereinzelung im Kardierprozeß zur Vermeidung einer Faserschädigung(2002) Jehle, Volker; Egbers, Gerhard (Prof. Dr.-Ing.)Die Karde beeinflußt die Garnqualität wesentlich. Ihre Aufgabe ist es, Faserflocken bis zur Einzelfaser aufzulösen, zu orientieren, Nichtfaseranteile, Staub, Kurzfasern und Faserverknotungen wie Nissen zu entfernen. Dabei soll die Karde diese Aufgaben, ohne die Faser zu schädigen, erledigen. In den letzten 20 Jahren konnte der Faserdurchsatz beim Kardieren um das Dreifache auf bis zu 120 kg/h gesteigert werden. Dies erfordert von der Karde eine wesentlich intensivere Flockenauflösung sowie höhere Reinigungseffizienz. Eine intensivere Flockenauflösung und -reinigung bedeutet jedoch auch immer eine intensivere Faserbeanspruchung und damit die Gefahr einer Faserschädigung. Die Intensität der Flockenauflösung hängt von vielen Kardierparametern ab. Zu den wichtigsten Parametern gehören die Vorreißerdrehzahl, die Spitzendichte der Vorreißergarnitur und die Einlaufgeometrie Speisewalze/Vorreißer. Im eigentlichen Kardierbereich Tambour/Deckel sind die Tambourdrehzahl, der Faserdurchsatz, der Deckelabstand sowie die effektive Kardierfläche die entscheidenden Kriterien. Auch der Rohstoff hat einen Einfluß auf die Flockenauflösung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Bedeutung dieser Parameter untersucht und Zusammenhänge zwischen diesen Kenngrößen einerseits und der Flockenauflösung sowie der Faserschädigung andererseits herausgearbeitet. Dabei wurden online-Meßsysteme an der Karde eingesetzt, mit denen es möglich war, die Faser- und Kardierelement-Belastung während der Produktion zu erfassen. Fasern und Garne wurden geprüft, um die Faserschädigung beim Kardieren zu ermitteln. Es werden die Gefahren für eine Faserschädigung sowie die Potentiale für eine intensivere Kardierung aufgezeigt. Durch eine schonendere Kardierung wird eine bessere Rohstoffausnutzung möglich. Die Ergebnisse der Arbeit stellen eine gute Ausgangsbasis für die Neu- und Weiterentwicklung von Karden in Hinblick auf eine weitere Leistungssteigerung bei gleichzeitig schonender Faserbehandlung dar.Item Open Access Improved micro-oil droplet coalescence for oil-water separation by spider silk-like structures(2023) Aliabadi, Maryam; Gresser, Götz Theodor (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Entwicklung und Analyse einer selbstkühlenden und substratunabhängigen Beschichtung für technische Textilien unter Nutzung der energiefreien Strahlungskühlung(2024) Zimmermann, Lea; Gresser, Götz T. (Prof. Dr.-Ing.)Aufgrund des Klimawandels, des Bevölkerungswachstums und des städtischen Wärmeinseleffekts (UHI) ist der Bedarf an Kühlenergie insbesondere in städtischen Gebieten gestiegen und wird voraussichtlich auch in Zukunft weiter zunehmen. Bisherige konventionelle Kühlsysteme für Gebäude wie Klimaanlagen basieren auf thermodynamischen Kreisläufen, die einen großen Teil des Strombedarfs ausmachen und gleichzeitig Abwärme und Kohlendioxid (CO2) an die Umwelt abgeben. Technologien wie die Strahlungskühlung bieten eine nachhaltige und energiefreie Lösung, indem sie die Wellenlängenbereiche der Atmosphäre, die für elektromagnetische Strahlung transparent sind, das so genannte atmosphärische Fenster (8-13 µm), nutzen, um Wärmestrahlung in den kälteren (3 K) Weltraum abzugeben. Durch die Entwicklung von Beschichtungen, die selektiv Wärme durch die Atmosphäre abstrahlen und weniger Sonnenwärme absorbieren, ist eine Abkühlung unter die Umgebungstemperatur auch tagsüber möglich. Während sich bisherige Veröffentlichungen im Bereich der textilen Gebäudekühlung auf spezifische Faserstrukturen und textile Trägermaterialien sowie komplexe Mehrschichtaufbauten konzentrierten, was den Einsatz für hochskalierte Außenanwendungen einschränkt, zielt diese Arbeit auf die Entwicklung einer neuartigen, substratunabhängigen Beschichtung mit spektral selektiven Strahlungseigenschaften hin. Durch die detaillierte Abstimmung von Beschichtungsparametern wie der Partikelkonzentration, verteilung und -größe in Kombination mit niedrig emittierenden und solarreflektierenden Partikeln sowie einem stark im mittleren Infrarot emittierenden Matrixmaterial, wird eine substratunabhängige Kühlung unter die Umgebungstemperatur erreicht, gezeigt am Beispiel von drei für den Membran- und Zeltbau typischen Gewebetypen. Darüber hinaus ist die Beschichtung so konzipiert, dass sie einfach auf verschiedene textile Materialien appliziert werden kann und gleichzeitig eine geringe Dicke aufweist, um hohe Flexibilität und Skalierbarkeit zu gewährleisten. Um die Funktionsweise des entwickelten Beschichtungssystems weiter zu validieren, wurden Tests im Freien mit einem konzipierten Messaufbau durchgeführt, um Temperaturunterschiede und Kühlleistungen unter realen Wetterbedingungen zu messen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Temperatur der Beschichtung (zwischen 7-19 Uhr) an einem heißen Sommertag um durchschnittlich 2 °C unter der Umgebungstemperatur liegt. Darüber hinaus wird ein thermisches Modell an textile Materialien angepasst und validiert, um die Kühlleistung für verschiedene Wetterszenarien zu simulieren und zu berechnen. Damit leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Weiterentwicklung nachhaltiger textilbasierter Kühltechnologien und bietet eine vielversprechende Lösung für den wachsenden Bedarf an energieeffizienter Kühlung in städtischen Umgebungen.Item Open Access Reduzierung der Belastung des Textilveredlungsabwassers durch eine kombinierte anaerobe/aerobe Behandlung hochkonzentrierter Abwasserteilströme(2004) Sarsour, Jamal; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Hochkonzentrierte Prozessabwässer aus der Entschlichtung, Appretur und Restfarbflotten und -druckpasten aus der Textilfärberei und -Druckerei enthalten bis zu 80 % der organischen Belastung des Gesamtabwassers der Textilveredlung, obwohl sie mengenmäßig nur 10 - 20 % des betrieblichen Abwassers ausmachen. In jüngster Zeit werden verstärkt anaerobe Abwasserreinigungsverfahren zur umweltgerechten und kostengünstigen Behandlung der mit organischen Verbindungen hochbelasteten Industrieabwässer erprobt. Durch die anaerobe Behandlung läßt sich die schlammarme und damit preiswerte Entsorgung der hochbelasteten Abwasserteilströme leichter als mit herkömmlichen Verfahren realisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob diese Technik auf stark belastete, farbige und daher problematische Prozessabwässer aus der Textilveredlung eingesetzt werden kann. Bei Schlammuntersuchungen wurde geprüft, ob eine Anreicherung von halogenorganischen Verbindungen im Faulschlamm stattfindet. Die Möglichkeit einer Mineralisierung der sich bei der anaeroben Behandlung der Farbstoffe bildenden aromatischen Aminverbindungen durch eine nachfolgende aerobe Reinigungsstufe wurde untersucht. Der Aufgabenstellung entsprechend umfaßt die Arbeit zwei Abschnitte: 1. Grundsatzuntersuchungen im Labormassstab 2. Untersuchungen im Pilotmassstab Die Farbstoffe, die einem alleinigen aeroben Abbau nicht zugänglich waren, wurden durch die anaerobe Behandlung weitestgehend entfärbt, wobei die teilweise hohen AOX-Gehalte gleichfalls zum größten Teil eliminiert wurden. Bei den Versuchen wurde der Einfluss der Verweilzeit, der unterschiedlichen Trägermaterialien und der Reaktorgeometrie auf die Abbauleistung und Prozessstabilität untersucht und das Verfahren dementsprechend optimiert. Die auf die anaerobe Behandlung folgende aerobe Reinigungsstufe verbesserte den Abbau der organischen Inhaltsstoffe weiter, so dass durch die Kombination anaerob/aerob CSB- und TOC-Abbauraten von > 90 % erzielt werden konnten. Außerdem wurden die bei der anaeroben Behandlung enstandenen aromatischen Aminkomponenten durch dieses kombinierte Verfahren weitestgehend mineralisiert. Pilotversuche mit Praxisabwässern zeigten, dass für die innerbetriebliche Reinigung und Entfärbung hochbelasteter Textilabwässer, wie z. B. hochkonzentrierten Farbflotten, Restflotten der KKV-Färberei, der Appretur und Restdruckpasten die anaerobe bzw. kombinierte Anaerob/aerob Behandlung ein geeignetes Verfahren zur schlammarmen und preiswerten Abwasserreinigung ist.Item Open Access Design and analysis of methods to connect microelectronics to smart textiles(2022) Micus, Sebastian; Gresser, Götz Theodor (Prof. Dr.-Ing.)The smart textiles market shows a high growth potential during the next ten years. However, the integration of conventional electronics in textiles requires a lot of manual work. As a result, the products tend to have very high prices, which inhibits the success. During the production processes, the joining step offers the greatest potential to reduce manual manufacturing, but a suitable connection method for the automated production of E-textiles does not exist, yet. For this reason, this thesis analyses different connection methods for joining electronic components to textile integrated litz wires. The selected processes show a high potential for automation. The chosen methods are thermode soldering, insulation displacement connections (IDCs), anisotropic conductive adhesives (ACA), laser soldering, ultrasonic soldering and ultrasonic welding. Various test methods were developed and used to evaluate the samples in order to ensure the reliability of the joinings, such as direct optical observation of the microstructure, a peeling tensile test, and a four-wire contact resistance measurement. The thesis consists of four peer reviewed paper. Each paper focuses on one or more connection methods. In the first paper, hot bar soldering, IDCs and ACA was investigated. The second paper focuses on the ultrasonic soldering. The third paper presents the development on laser soldering and the final paper shows the results of ultrasonic welding. Hot bar soldering initially showed great results. However, solder was drawn into the strands, which was not possible to prevent. Drawn-in solder has a clear negative effect on the textile properties close to the contact point. IDCs have good preconditions for an automated smart textiles production. The strands can slip into the IDCs even under a certain deviation in position. However, thin wires are important to ensure the textile properties of the smart textile, but the available connectors were not suitable to connect AWG 32 or thinner strand. At the current stage of development, anisotropic conductive bonding methods are only conditionally suitable for the usage in automated production. The bonding process has weaknesses due to inadequate contacting and process time. Ultrasonic soldering works with flux-free solder, which avoids embrittlement of the textile integrated wires trough drawn in solder. The influencing factors of the connection and the corresponding solder parameters were determined. The contact strength increases by reducing the operating temperature and the ultrasonic time. A lower operating temperature and a reduced ultrasonic time cause a more homogeneous metal structure with less defects, resulting in an improved mechanical strength of the samples. Contactless laser soldering is considered to be a good contacting method to reduce the joining zone on the textile. An ytterbium-doped fibre laser (1064 nm) was used and different sets of parameters were investigated by means of different designs of experiment. The copper strands in the textile tape were stripped by the laser and soldered to the printed circuit board (PCB) without any transport. Unfortunately, some conductors were poorly wetted by solder. The connection between flexible textiles and stiff electronic components has always been a structural weakness and a limiting factor to establish smart textiles in our everyday life. Therefore, the next chapter focuses on reliable connections between conductive textiles and conventional litz wires by ultrasonic welding. It shows a promising approach. The electrical and mechanical performance of the samples were investigated after both 15 and 30 wash and dry cycles in a laundry machine. The resistance of the joints increased by more than 300 %, because the silver coated wires suffered under the laundry cycles. While the mechanical strength during the peeling test decreased only about 20 % after 15 cycles and remained the same after 30 cycles. Ultrasonic welding showed good results for connecting conductive textiles to litz wires, which enables the production of smart textiles with textile sensors.Item Open Access Development of a novel method and apparatus for analysis of die dynamics of an isothermal thermoset pultrusion process(2021) Selvarayan, Sathis Kumar; Gresser, Götz T. (Prof. Dr.-Ing.)Pultrusion is a continuous process to manufacture constant cross-sectional fibre reinforced composite profiles. The profiles take their shape as the continuously moving fibre-matrix combination consolidates inside the cavity of a pultrusion die. The temperature-induced viscosity and volumetric changes of the fibre-matrix during the consolidation as well as the friction between the die wall and the moving fibre-matrix generates shear and normal forces that act on the die wall - phenomena known as “die dynamics”. Quantification and analysis of the die dynamics are crucial to understand and control the pultrusion process. However, state-of-the-art methods available to characterise the pultrusion process have limited capability to record the forces that act on the die wall at each position along the length of the pultrusion die. Further, the on-line measurement techniques demand full-scale pultrusion line which, in general, are resource intensive. In addition, the available methodologies have not considered the impact of process additives on the die dynamics. This research work, therefore, focuses on developing a resource-efficient offline testing method to characterise the die dynamics of a thermoset pultrusion process and to pre-determine the required process parameters for a given fibre-matrix combination. In the newly developed approach, called rotating core method, pre-impregnated rovings wound on a solid core with defined fibre volume fraction rotates about the axis of the core inside a hollow cylindrical heated die. The rotational velocity of the rotating core is set to be identical to the line speed of the pultrusion process. The rotating fibre-matrix undergo temperature-induced polymerisation leading to the transformation of the fibre-matrix into a solid composite within the cylindrical die. This mimic the dominant phenomena that occur inside a pultrusion die in the pultrusion process. An apparatus developed within the scope of this work, the Die Dynamics Simulator (DDS), for the first time allows to continuously measure the torque exerted by the rotating fibre-matrix on the DDS die during the polymerisation process. The measured torque represents the resistive forces that arise within the die during the consolidation of the fibre-matrix combination. Evaluation of the curing kinetics and rheology of the resin formulations facilitates the characterisation of their polymerisation behaviour enabling identification of the components of the resistive forces. Further, this work investigates the influence of the following parameters on die dynamics using the developed apparatus: (1) die temperature, (2) velocity of the fibre-matrix, (3) contact area of the die and the fibre-matrix, (4) part thickness, (5) fibre volume fraction, and (6) process additive - internal mould release (IMR). Subsequently, the developed methodology is validated against the pultrusion process using a lab-scale pultrusion line. The results show the dependency of the resistive forces on the individual and the interactions between multiple parameters. More importantly, the experiments conducted with varying concentrations of IMR permitted to evaluate the implication of the mould release on the evolving resistive forces within the die. The results further provide insight at which phase of the polymerising matrix is the IMR most effective. Comparison of the measured forces on the DDS and from that measured on the pultrusion line show good fit for higher fibre volume fractions of the consolidated composite.Item Open Access Phosphorylierung und Sol/Gel-Ausrüstung von flammhemmend auszurüstenden Cellulosetextilien(2016) Deh, Sarah; Buchmeiser, Michael R. (Prof. Dr.)Materialien aus Cellulose unterliegen, sobald sie mit einer Brandquelle oder Hitze in Kontakt kommen, einer rapiden thermischen Zersetzung. Bei der Pyrolyse der Cellulose entsteht eine Vielzahl an hochreaktiven Radikalspezies, welche den Brennzyklus aufgrund der Exothermie der bei der Pyrolyse in Betracht zu ziehenden Reaktionen aufrechterhalten. Aus chemischer Sicht gibt es mehrere Eingriffsmöglichkeiten, um die Brennbarkeit eines in Standardatmosphäre per se brennbaren Polymers wie der Cellulose herabzusetzen [1]. Halogenhaltigen Flammschutzmitteln (FSM) kommt im Flammschutz eine hohe Bedeutung zu. Vor allem bromhaltige Verbindungen wurden und werden noch häufig eingesetzt [2]. Polybromierte Diphenylether (PBDE) finden größtenteils Anwendung in Verbrauchsgütern, hauptsächlich in Kunststoffen wie Polyurethanschäumen, wie sie für Matratzen, Möbel und Autositze benötigt werden. Sie werden aber auch für flammhemmende Textilien eingesetzt. PBDE können bei höheren Temperaturen mit Leichtigkeit Bromatome abspalten, welche in der Gasphase mit freien Radikalen (wie z.B. Sauerstoff) reagieren und so eine Brandfortsetzung verhindern. Da die bromhaltigen FSM nur als Additiv zugesetzt und nicht reaktiv angebunden werden, können diese leicht in die Umwelt gelangen und vom Mensch aufgenommen werden. Dabei sind diese FSM eindeutig als schilddrüsenhormonaktive Substanzen identifiziert worden. Zudem besteht der Verdacht einer Hemmung der Hirnentwicklung sowie eine Beeinflussung des Fortpflanzungssystems [3]. Viele der heutzutage eingesetzten halogenfreien flammhemmenden Ausrüstungen besitzen eine nur geringe Permanenz und überstehen meist keine oder nur wenige Wäschen. Diese eignen sich daher nur für Objekte die selten gewaschen werden oder bei denen eine erneute Applikation des FSM nach jeder Wäsche umsetzbar ist. Ammoniumphosphate werden seit geraumer Zeit als effektive FSM, mit welchen Phosphorwerte zwischen 1-2% auf der Baumwolle generiert werden können, eingesetzt. Häufig dient der Zusatz von Harnstoff zum Quellen und zur Steigerung der Zugänglichkeit der Cellulose sowie zur Erhöhung des flammhemmenden Effekts [4]. Die nach dem heutigen Stand der Technik praktizierten Verfahren zur permanenten Flammschutzausrüstung von Textilien beschränken sich auf wenige chemische Methoden. So werden auf Cellulosetextilien wie Baumwolle seit mehr als 40 Jahren Harzausrüstungen („Proban®-Finish“) oder formaldehydbasierte Ausrüstungen („Pyrovatex®“) aufgebracht. Durch ständig sich verschärfende Flammschutznormen und v.a. auch durch die EU-REACH-Verordnung [5] sehen sich die Hersteller von Bekleidungs-, Objekt- und technischen Textilien immer mehr unter Zwang, neue chemische Entwicklungen anzugehen. Zudem stellt die Forderung, bessere FSM zu akzeptablen Preisen zu entwickeln einen limitierenden Faktor dar, was die Industrie vor die Entscheidung stellt, vorhandene FSM weiter zu entwickeln und bedenkliche FSM zu ersetzen oder alt bekannte Systeme auf neuartige Weise anzuwenden [6]. Die zwei wichtigsten Zielanforderungen für moderne Flammschutzsysteme sind erstens die Vermeidung halogenorganischer Chemikalien und zweitens der Verzicht auf formaldehydbasierte, phosphororganische Reaktivflammschutzmittel. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, auf Basis von phosphorhaltigen Verbindungen eine Reaktivanbindung dieses Elements auf Cellulose zu erzeugen sowie eine über diese kovalente Anbindung hinausgehende Permanenz durch eine im zweiten Schritt durchgeführte Sol/Gel-Ausrüstung herbeizuführen (sog. „Dünnstbeschichtung“). In dieser zweiten Stufe sollten gleichfalls Elemente, die als flammhemmend eingestuft sind (Stickstoff, Silizium, Aluminium), inkorporiert werden, so dass auf Basis moderner analytischer Verfahren, wie z.B. Py-GC/MS, STA-FTIR/MS, ATR-FTIR usw. - grundlegende Aussagen zu möglichen Synergismen der Elemente ermöglicht wurden. Besonderes Augenmerk wurde hierbei auf das Zusammenspiel verschiedener Elementkombinationen gelegt, sodass deren Analytik zwingende Voraussetzung war. Zudem war es von Interesse die Auswirkung von Schwefel, insbesondere in Kombination mit Phosphor, zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen anhand der Elementkorrelationen als Wegweiser für gezieltere Entwicklungen zukünftiger Flammschutzmittelsysteme dienen. In der vorliegenden Arbeit wurden Baumwollgewebe mit einem auf Phosphorsäure basierten System (Cell-PN) modifiziert und anschließend, mittels Sol/Gel-Technik mit silizium-, stickstoff- oder aluminiumhaltigen Verbindungen derivatisiert. Dabei wurden die verschiedenen Sol/Gel-Präkursoren miteinander verglichen. Tetraethylorthosilikat erwies sich bei den Si-haltigen Verbindungen als am besten geeignet. Sowohl die erhaltenen Oberflächenstrukturen der Fasern als auch der flammhemmende Effekt, überzeugten. So stelle sich das Kombinationssystem aus Phosphorylierung mit anschließender Sol/Gel-Beschichtung auf Basis von TEOS (Cell-PNSi) als sehr vielversprechend heraus. Ziel war es die Zusammenhänge der Wirkungsweisen zwischen den Elementen genau zu untersuchen und zu verstehen. Im Rahmen der Arbeit wurde daher der Einfluss bestimmter Elemente beurteilt. Stickstoff, der in Form von Harnstoff für die Phosphorylierung eingesetzt wurde, führte zu keinem Synergismus in Kombination mit Phosphor. Ausschließlich die Zugänglichkeit und Reaktivität der Cellulose wurde erhöht sowie eine Beeinflussung des CO2/CO-Verhältnisses bei der Pyrolyse beobachtet. Interessanterweise wurde diese Beeinflussung nur durch die Betrachtung der einzelnen Elemente festgestellt und nicht bei der Analytik der eigentlichen FSM-Systeme (Cell-P, Cell-PN und Cell-PNSi). Die Notwendigkeit der Untersuchungen der einzelnen Elementkombinationen wurde somit verdeutlicht. Silizium hingegen zeigte sich als hervorragender Synergist zu Phosphor, welcher zudem die Permanenz der Phosphorylierung verbesserte. Außerdem ergab sich bei der Beziehung zwischen Phosphor und Stickstoff, dass das Verhältnis P/N möglichst groß sein sollte, um eine optimale flammhemmende Wirkung zu erreichen. Es wurde bewiesen, dass die Sol/Gel-Beschichtung den Stickstoffwert reduziert und zusätzlich durch den entstehenden Synergismus mit Phosphor eine signifikante Erhöhung der LOI-Werte, als auch der Restmassen gelang. Das zweistufige System stellt somit eine optimale Elementkombination dar. Durch Studien des Pyrolyseverhaltens, anhand der Bestimmung des Limiting Oxygen Index (LOI, Sauerstoffindex), Py-GC/MS, STA-MS/FTIR oder ATR-FTIR Untersuchungen, wurden klare Unterschiede zwischen den Systemen Cell-P, Cell-PN und Cell-PNSi herausgearbeitet. Es zeigte sich, dass aufgrund der Limitierung der Phosphorylierung (max. 1.0 Gew.-% P) ohne Harnstoff bei Cell-P eine deutlich schnellere Zersetzung der Cellulose stattfand als bei Cell-PNSi, aber auch bei Cell-PN kam es zu einer rascheren Zersetzung. Beim Vergleich der Systeme setzte sich eindeutig Cell-PNSi durch, da durch das Silikat eine unterstützende Schutzschicht erzeugt wurde und somit eine Verbesserung der flammhemmenden Wirkung entstand. Es ist zu betonen, dass alle drei Systeme eine sehr gute Verkohlung zeigten. Mittels des EDX-Mappings der Kohlerückstände war es möglich, die Ausbildung einer Schutzschicht in Form von Pyrophosphat bei Cell-PNSi nachzuweisen. Bei den anderen Systemen wurde dies nicht gefunden. Im Übrigen bildeten sich bei allen drei Systemen Kristalle an den Faseroberflächen, welche als Kaliumphosphatverbindungen identifiziert wurden. Im Zuge der Py-GC/MS-Messungen kam es bei den Systemen zu einer merklichen Reduktion an Levoglucosan (LG), im Gegenzug wurde die Levoglucosenon (LGO)-Menge erhöht. Das Verhältnis LGO/LG nahm mit steigendem Phosphorgehalt zu, was wiederum die katalytische Wirkung der Phosphorsäure und ihren Eingriff in den Pyrolysemechanismus untermauerte. Eine vermehrte Freisetzung von Furanen und Phenolderivaten bestätigte zudem die veränderte Pyrolyse, was in der Bildung von stabilen Kohlegerüsten und somit höheren Restmassen resultierte. Cell-PNSi erwies sich infolge der Untersuchungen als effektivstes FSM-System. Ein weiteres Highlight stellte die Untersuchung der spezifischen optischen Rauchdichte dar. Besondere Schwierigkeit bestand allerdings darin, aufgrund der sehr dünnen Textilien, aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Durch die Systeme Cell-PN und Cell-PNSi war es möglich, die Rauchdichte um 75% zu reduzieren. Auch hier stellte sich heraus, dass insbesondere die Phosphorkonzentration dafür maßgebend ist. Ein weiterer wichtiger Punkt der Arbeit war die Strukturaufklärung. Im Zuge der Untersuchungen wurde eine eindeutige Ausbildung von Cellulosecarbamat nachgewiesen. Es spricht vieles dafür, dass neben dem Cellulosephosphat auch andere Spezies gebildet werden, doch ein eindeutiger Beleg dafür konnte bis dato nicht erbracht werden. Neben den Versuchen am Textilgewebe wurden Flammschutzmittel auf Cellulosefasern sowie Tosylcellulose-Pulver angewendet, um den Einfluss der Tosylatgruppe bzw. des Schwefels zu untersuchen. Mit dem FSM FR-0 wurden hohe Restmassen erhalten. Jedoch zeigte sich, dass zu hohe Mengen an Schwefel die Dehydratisierung der Cellulose zu stark katalysieren und die Gefahr einer zu schnellen Pyrolyse besteht, wodurch die Phosphorkomponente ihre Wirkung nicht vollständig zeigen kann. Für weitere Vergleiche, und um auch Bezug auf die Versuche mit der Phosphorylierung nehmen zu können, folgten erneut Modifizierungen an Baumwoll-Gewebe. Eine Sulfatierung mit Amidosulfonsäure wurde nach der Phosphorylierung als zweiter Derivatisierungsschritt durchgeführt. Die Kombination aus System Cell-PN und der Sulfatierung erbrachte vielversprechende Ergebnisse. Es wurden sehr hohe LOI-Werte (> 50) erreicht, welche auch eine gute Permanenz aufwiesen. Korrelationen zwischen Phosphor-, Schwefel- und Stickstoffgehalt zeigten sich in Bezug auf LOI und die Restmassen als konträr. Die besten LOI-Werte wurden mit hohen Schwefel- und Stickstoff- und niedrigen Phosphorwerten erhalten. Hohe Phosphorwerte waren insbesondere für hohe Restmassen verantwortlich. Demnach besitzt Schwefel eine sehr effektive Wirkung in den niedrigeren Temperaturbereichen (bis ~400 °C), welche bei den LOI-Tests eine Rolle spielen. In Bezug auf die Restmasse besitzt Schwefel einen geringeren Effekt, da dieser bei höheren Temperaturen zum größten Teil in die Gasphase übergeht (SO2, SO3). Dadurch entsteht auch ein etwas brüchiges Kohlegerüst. Der Masseverlust wäre bei sehr hohen Schwefelwerten zu hoch. Eine Kombination aus Schwefel und Phosphor ist besonders im Hinblick auf den Flammschutz sinnvoll. Im Falle eines Brandes können schnell Temperaturen bis 1000 °C erreicht werden, da meist nicht jedes Objekt in der Umgebung den Flammschutzanforderungen entspricht. Schwefelwerte im Bereich von 1.0 Gew.-% sind, was die Restmassen anbelangt, in einem tolerierbaren Bereich. In Kombination mit Phosphorwerten ≥ 2.0 Gew.-% liegt auch ein guter flammhemmender Effekt vor. Das P/S Verhältnis sollte bei Werten über 1.0 liegen. Je nach Fragestellung ist es daher notwendig die Konzentration an Schwefel und Phosphor anzupassen. In Bezug auf den Flammschutz sollten immer Komponenten, wie z.B. die Phosphorsäure, welche zur Verkohlung beiträgt, im System enthalten sein. Alleinig die Dehydratisierung katalysierende Verbindungen wie die Tosylate oder Sulfonsäuren sind nicht zielführend. Zudem treten bekannte Wirkungsweisen, wie der P/N-Synergismus, nicht bei jedem phosphor- und stickstoffbasierten System ein. Vielmehr ist es notwendig jedes FSM-System detailliert auf die einzelnen Zusammenhänge hin zu untersuchen, nur so ist eine sinnvolle Beurteilung der Synergismen möglich.Item Open Access Koordination der kooperativen Produktentwicklung in Wertschöpfungsketten : ein kybernetischer Ansatz für virtuelle Integration(2006) Fischer, Thomas V.; Fischer, Thomas (Prof. Dr.)Der textile Sektor wird durch mehrstufige Wertschöpfungsketten geprägt, welche sich in den letzten Jahren zu komplexen Netzwerken entwickelt haben. Das Management solcher Strukturen, insbesondere zur Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen, ist eine Gestaltungsaufgabe, welche organisatorische Konzepte, geeignete Methoden und deren technologische Umsetzung umfasst. Dies gilt besonders für den Bereich der Schutzbekleidung, da hier hohe technische Anforderungen an das Produkt und die begleitenden Dienstleistungen gestellt werden, welche von spezialisierten und oft traditionell geführten Textilunternehmen allein nur schwer erfüllt werden können. Basierend auf dem Konzept der Virtuell Integrierten Kooperation der Partner der Wertschöpfungskette, wird im ersten Teil der Arbeit aus Methoden des Innovationsmanagements und geeigneten Technologien ein Ansatz entwickelt, mit dem diesen Herausforderungen begegnet werden kann. Dieser Ansatz wird im zweiten Teil der Arbeit hinsichtlich seines Beitrags zu verschiedenen Aspekten einer solchen Kooperation untersucht und abschließend zu einer Vorgehensweise für Integriertes Innovationsmanagement verallgemeinert. Eine ausführliche Problembeschreibung und eine Analyse der Abläufe und des Innovationsumfeldes bilden die Grundlage zur Identifikation von drei Teilsystemen, die den Phasen des Innovationsprozesses zuzuordnen sind und die sich hinsichtlich der Akteure, der Art der Tätigkeiten, der erzeugten Ergebnisse und des eingesetzten Wissens unterscheiden. Das erste Teilsystem, die Gefährdungsanalyse, beschreibt eine gemeinsame Schnittstelle zum Anwender. Mittels eines hybriden wissensbasierten Dialogsystems wird systematisch untersucht, welche Art von Schutz die Kleidung dem Anwender bieten soll, welche Normen und Vorschriften zu beachten sind und welche verfügbaren Produkte zum Einsatz kommen könnten. Die regelbasierte Komponente repräsentiert und verwendet das Wissen der Experten aus Industrie und Instituten, während die fallbasierte Komponente abgeschlossene Szenarien und Episoden speichert und diese bei ähnlichen, neuen Problemstellungen im Sinne der Case-Based-Reasoning-Methodik wieder verwendet. Dieser systematische Umgang mit Gefährdungsprofilen dient einerseits der konkreten Problemlösung beim Anwender und stellt andererseits eine wichtige Wissensquelle zur marktorientierten Neuentwicklung von Produkten dar. Das zweite Teilsystem beschreibt die Umsetzung der Anforderungen der Anwender in Produkteigenschaften. Dabei werden die einzelnen textilen Prozessstufen und deren Beiträge zum Endprodukt nicht - wie bislang üblich - isoliert betrachtet, sondern von Beginn der Analyse an als ein virtuelles Produkt, das sich aus der Schutzkleidung und zusätzlichen Dienstleistungen zusammensetzt. Diese gemeinsame Anwendung der Methode Quality Function Deployment durch die - virtuell integrierten - Wertschöpfungspartner stellt die effektive und effiziente Erfüllung der Kundenanforderungen durch die Neuentwicklung sicher und beschleunigt durch die gleichzeitige Einbindung aller Partner diese Entwicklung. Mit Hilfe von Workflow-Management-Systemen werden im dritten Teilsystem sowohl die kooperativen Prozesse als auch die Abläufe bei den Partnern unterstützt. Eine flexible Modellierung erlaubt Entscheidungen und Rücksprünge und trägt so der Unvorhersehbarkeit von Entwicklungs- und Innovationsprozessen zumindest im Detail Rechnung. Die bereits abgeschlossenen Projekte und Prozesse werden über eine fallbasierte Komponente dabei zur Entscheidungsunterstützung für laufende Prozesse eingesetzt und ermöglichen damit den systematischen Umgang mit Wissen. Im zweiten Teil der Arbeit werden die für eine Virtuell Integrierte Kooperation wichtigen Aspekte Kollaboration, Innovationselastizität, Virtualisierung und Wissensorientierung vertiefend betrachtet. Weiterhin werden Kriterien entwickelt, anhand derer der Beitrag der in den Teilsystemen entwickelten Methoden, Technologien und Konzepte zu diesen Aspekten beschrieben werden kann. Diese Zuordnung zeigt, dass durch die unterschiedlichen Schwerpunkte der Teilsysteme insgesamt alle Aspekte Beachtung finden. Der letzte Teil der Arbeit beschreibt die Verallgemeinerung des Ansatzes. Dabei wird insbesondere auf den Ablauf von Innovationsprozessen, auf geeignete Organisationsformen und das Wechselspiel zwischen Innovationssystem und Wissenssystem eines Unternehmens bzw. einer Kooperation eingegangen. Mit diesem Rüstzeug kann die umfassende Gestaltungsaufgabe eines systemgestützten, wissensorientierten Innovationsmanagements in Wertschöpfungsketten erfolgreich angegangen werden.Item Open Access Electronic Business in traditionellen Strukturen – Neue Dienste als Wegbereiter der Kooperation am Beispiel eines Textildesign-Netzwerkes(2005) Winkler, Marcus; Zahn, Erich (Prof. Dr.)Seit dem ersten häufigeren Auftauchen des Begriffes "Internetökonomie" oder auch "New Economy" und dem vorläufigen Höhepunkt der Entwicklung entsprechender Konzepte und Technologien vergingen nur wenige Jahre, in denen wissenschaftliche Arbeiten und praxisorientierte Ratgeber und Erfahrungsberichte in großer Zahl erschienen. Vor allem die technologischen Innovationen erwiesen sich zu Beginn als Treiber dieser Entwicklungen. Faktoren wie Macht-, Wert-, und Investitionsneutralität erlaubten ein schnelles Umsetzen von Ideen in unterschiedliche Anwendungen bzw. Geschäftsmodelle. Dem rasanten Aufschwung folgte allerdings eine noch schnellere Phase der Ernüchterung, denn viele der neuen Spielregeln der "Internetökonomie" erwiesen sich als nicht haltbar und wenig erfolgversprechend. Der Internetökonomie werden als primäre Eigenschaften die Digitalität, die Vernetzung und die Globalität zugeschrieben. Der daraus resultierende orts- und zeitunabhängige Zugriff auf Daten und Informationen – eine Möglichkeit, die mit dem Begriff Ubiquität beschrieben wird – charakterisiert den Wandel von der postmodernen Industriegesellschaft hin zur Informationsgesellschaft. Insbesondere der Zugriff auf ein in dieser Form bisher nicht verfügbares Maß an Informationen, die bisher verteilt vorlagen, erlaubt neue Formen der Zusammenarbeit in neuen, aber vor allem auch in traditionellen Strukturen. Erschwerend für die Eingrenzung des Begriffes "Internetökonomie" ist seine Verwendung für volkswirtschaftliche Zusammenhänge einerseits und für betriebswirtschaftliche Anwendungen oder Geschäftsmodelle andererseits. Gerade mit Letzteren setzt sich die vorliegende Untersuchung ausführlich auseinander. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Bereich des Electronic Business (auch als „business-to-business“ bezeichnet) näher betrachtet und durch folgende konstituierende Elemente bestimmt: a) die digitale Abwicklung von Kommunikationsprozessen und Geschäftstransaktionen, b) die Fähigkeit, eine Alternative zu traditionellen Koordinationsmechanismen zu generieren und c) die Schaffung eines informationellen Mehrwertes. Neben der herausragenden Rolle, die das Vertrauen unter den Akteuren im Electronic Business spielt, werden die Entwicklungen bzw. Entwicklungsstufen im Electronic Business beschrieben. Unterschiedliche Rahmenmodelle bzw. Leitfäden und Implementierungsvorgaben können so voneinander – etwa über die umfassende Darstellung von Anwendungen und Geschäftsmodellen – abgegrenzt werden. Bislang erfolgt allerdings bei keinem dieser Rahmenmodelle oder Leitfäden eine systematische Zuordnung von Methoden oder Werkzeugen zu den entsprechenden Entwicklungsstufen und Anwendungen. Aus diesem Grund wird ein eigener Ansatz zur Beschreibung der Entwicklungsstufen des Electronic Business vorgestellt, wo den Stufen "Information", "Interaktion" sowie "Kooperation und Integration" unterschiedliche "Services" und damit auch Methoden und Werkzeuge zugeordnet werden. Diese "Services" können sowohl von Anwendungen in Unternehmen in Anspruch genommen werden als auch einzelne Geschäftsmodelle unterstützen, wie die Praxisbeispiele in Anhang 1 aufzeigen. Eine eigene Kategorisierung der Geschäftsmodelltypen wird durch Beispiele, vornehmlich aus der Textil- und Bekleidungsindustrie, illustriert. Die Arbeit liefert Anregungen für die unternehmerische Praxis, indem konzeptionelle Entwicklungsstufen dem Grad des Engagements der Unternehmen im Electronic Business in einem Portfolio einander gegenübergestellt werden. Die Entwicklung und Einführung eines "Intelligence Services" in traditionellen Strukturen wird in einem Textildesign-Netzwerk – im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes CREATIV ("Commercial Retrieval for Fabrics and Design Patterns", IST-1999-20534) – erprobt. Durch die räumliche Trennung der Partner dieses Netzwerkes kann bei der Produktentwicklung der Prozess der Mustererstellung durch die Digitalisierung und die Nutzung des Internets für den Informationsaustausch vereinfacht, beschleunigt und kostengünstiger gestaltet werden.
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